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【생물학】 21강. 근육계

 

21강. 근육계

 

추천글 : 【생물학】 생물학 목차


1. 근육 [본문]

2. 골격근의 근수축 모형 [본문]

3. 평활근의 근수축 모형 [본문]

4. 심장근의 근수축 모형 [본문]

5. 운동 [본문]

6. 근육계 질환 [본문]


 

1. 근육 [목차]

⑴ 성분 : 동물의 근육은 다음과 같이 구성됨

① 물 : 70%

② 미오신, 액틴, 미오글로빈 등의 단백질 : 20%

근육과 골격의 상호작용

근육계의 기능은 운동이며 골격과 상호작용

근육은 관절을 사이에 두고 힘줄에 의해 뼈대에 연결

근육은 수축만 가능 협동근(같은 방향 수축)과 길항근(반대 방향 수축)이 함께 작용

수축만 가능하다는 것은 이완하는 방향으로 장력을 형성하는 메커니즘이 없다는 의미

수축된 근육은 자연스럽게 평형상태로 이완하려고 함

분류

근육의 분류
출처 : 2017 MEET/DEET I

Figure. 1. 근육의 분류. 위에서부터 골격근, 심장근, 평활근]

 

골격근 (skeletal muscle) (예 : 혀, 괄약근, 횡격막(늑막))

구조 : 원통형 다핵세포, 가로무늬근(횡문근, 근절 발달)

○ 다핵세포는 골격근 고유의 특징

○ 특징 : 비차등적, 근소포체 多, 칼슘-트로포닌 결합

프랭크-스털링 법칙(Frank–Starling law) : 근육의 장력이 인장 길이에 영향을 받는다는 법칙

액틴과 미오신 필라멘트가 최대로 겹칠 때 장력은 최대값을 나타냄 

근절의 길이가 길 때 : 근육이 수축하면 미오신 가교의 수가 증가하고 이로 인해 근절의 전체 장력이 증가

○ 근절의 길이가 짧을 때 : 근육의 유효 길이보다 짧은 지점에서 근절의 길이가 짧아질수록 액틴과 미오신 필라멘트가 겹치는 길이가 짧아지면 장력이 감소. 마침내 겹치지 못하면 장력의 발생은 불가능해짐

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 2. Frank-Starling law]

 

강축 가능 : 세 근육 중 유일하게 강축이 가능

○ 연축(twitch) : 활동전위처럼 크기와 모양이 일정한 1회성 근육 수축 패턴

○ 강축(tetanus) : 짧은 간격으로 전기적 자극을 계속 반복하여 주게 되면, 골격근에서 이완기 없이 지속적인 수축이 일어나는 것

○ 강축 가능 : 골격근의 짧은 불응기 → 빈도 높은 자극 → 세포질 내 Ca2+ 축적 → 근수축 중첩

○ 비융합강축 : 강축 중에서 비교적 자극 빈도가 적어 근 수축력이 매끄럽지 않게 연결되는 것

○ 융합강축 : 강축 중에서 비교적 자극 빈도가 높아 근 수축력이 매끄럽게 연결되는 것

 

근섬유 장력 실험과 연축·강축
출처 : 2013 MEET/DEET 자연과학 I

Figure. 3. 근섬유 장력 실험과 연축·강축]

 

근수축 조절 : 의식적으로 조절 (수의적 조절)

○ 체성운동신경의 조절을 받음, 자율신경과 달라 신경절의 개념이 없음

○ 오직 수축·흥분성

○ 아세틸콜린이 근-신경접합부에서 분비되면 칼슘이 트로포닌에 결합하여 근수축

○ 미오스타틴

골격근의 발생과 성장을 억제

○ 인대와 건의 형성 및 발달에 관여

심장근 (심근, myocardium)

구조 : 가지형, 개재판(게재판, 사이원반, intercalated disk), 가로무늬근(근절발달), 근세포 간 간극연접·부착연접

○ 개재판에는 간극연접이 있어 신호를 동시전달

○ 개재판에는 데스모좀도 존재

○ 세포-세포 부착연접으로 인해 동시수축 → 모든 세포가 단일기능 단위로 행동

○ 특징 : 차등적, 미토콘드리아 多, 칼슘-트로포닌 결합, 휴지전위가 높아 작은 자극에서 활동전위 발생

○ 강축 불가 : 심장근의 평탄전위에서 절대적 불응기와 유사한 현상이 나타나 근수축의 중첩이 불가능

근수축 조절 : 무의식적으로 조절(불수의적 조절)

○ 박동원 중 동방결절이 자율신경의 조절을 받음

○ 교감신경은 Ca2+의 투과도를 증가시켜 동방결절의 박동수를 증가시키고, 부교감신경은 K+의 투과도를 증가시켜 동방결절의 박동수를 감소시킴

○ 심장근 세포는 오직 교감신경의 조절(1회 박출량 증가여부)만 받음

평활근 (내장근, smooth muscle) (: 소화관, 혈관 내벽근, 자궁)

구조

근세포 간 간극연접 존재

○ 칼슘이 트로포닌에 직접 결합하지 않고 칼모듈린이 관여

추형 단핵세포

근절 없음

○ 특징 : 차등적, T관이 발달하지 못함

○ T관이 발달하지 않아 골격근보다 천천히 수축·이완

○ 단일 단위 평활근과 다중 단위 평활근이 있음 : 단일 단위 평활근이 더 일반적

근수축 조절 : 무의식적으로 조절(불수의적 조절)

○ 교감신경 : 내장근 이완, 소동맥 혈관 수축, 기도 수축

○ 부교감신경 : 내장근 수축, 소동맥 혈관 이완, 기도 이완

○ 미오신 인산화(근수축 활성)·탈인산화(근수축 억제)

○ 대동맥 혈관 평활근은 자체 신장수용기로 자체 조절

④ 골격근, 심근, 평활근 비교

 

  골격근 심근 평활근
무늬 가로민무늬근 가로무늬근 무늬근
조절 수의근 불수의근 불수의근
대뇌 자율신경계 자율신경계
다핵세포 단핵세포 단핵세포
형태 원통형
가지 ×
간극연접 ×
원통형
개재판 有
간극연접 有
방추형
가지 ×
간극연접 有
특징 근절 발달
트로포닌 有
T 소관 有
근절 ×
트로포닌 ×
T 소관 ×

Table. 1. 골격근, 심근, 평활근 비교

 

골격근의 구조 : 섬유들의 나란한 배열로 가로무늬 모양

근육 = 근육의 외피(근막)로 둘러싸인 근섬유 다발 + 근육의 외피(근막)로 둘러싸인 근섬유 다발」 +

1개 근섬유 다발 = 근섬유(근육세포) + 근섬유(근육세포)」 +

1개 근섬유 = 나란히 배열된 근원섬유 + 나란히 배열된 근원섬유」 +

근원섬유에는 근절들이 있음

근절 : 근육 수축의 기본 단위

근원섬유가 놓인 방향에 수직으로 놓인 액틴 필라멘트 선(Z; Z disk)에 의해 근절들이 구분

근절 내 필라멘트 = 액틴 필라멘트(가는 필라멘트)(bright) + 미오신 필라멘트(굵은 필라멘트)(dark)

M (M line) : 근절의 중앙선으로 미오신 필라멘트를 고정시키는 부위

(주석) 중앙선, 기준선이기 때문에 middle line, M line이라고 생각하면 됨

H (H zone, helle zone) : M선 주위에 액틴 필라멘트가 없는 부분

I (명대, I band) : Z선 근처의 액틴 필라멘트만 존재하는 영역으로 현미경 관찰 시 가장 밝게 보임

A (암대, A band) : 미오신 필라멘트에 해당하는 부분(dark)으로 H대를 포함

 

근절 내 필라멘트 구조
출처: 네이버 지식백과

Figure. 4. 근절 내 필라멘트 구조]

 

⑥ 근육 수축·이완시 변화 계산

공식 1. 전체 길이 = A대 + I

공식 2. A대 = H대 + α (겹치는 부분)

공식 3. A대 = 일정

○ 수축시 : 전체 길이가 감소하므로 I대 감소, α가 증가하므로 H대 감소( A대 = 일정)

○ 이완시 : 전체 길이가 증가하므로 I대 증가, α가 감소하므로 H대 증가( A대 = 일정)

 

 

2. 골격근의 근수축 모형 [목차]

근 수축 조절

① 골격근은 자율신경계가 아닌 체성운동신경의 조절을 받음

② 체성운동신경이 아세틸콜린을 분비하면 칼슘은 트로포닌에 결합하여 근수축 개시 

○ 트로포닌은 액틴, 미오신 둘 다 아님을 유의

③ 지연 시간(lag time) : 뇌반응이 시작되는 시점과 근육반응이 시작되는 시점 간 시간차 

⑵ 미오신(마이오신, myosin)의 효소작용

미오신은 2개의 무거운 사슬과 2개의 가벼운 사슬로 구성

무거운 사슬

무거운 사슬의 꼬리(150 nm)는 초나선으로 꼬여 방향성이 있는 미오신 필라멘트를 구성

무서운 사슬의 머리(17 nm)는 액틴 결합부위와 ATPase 부위를 갖고 있어 활주 동력을 제공

가벼운 사슬 : 무거운 사슬 머리에 부착되어 있으며 ATPase 활성을 조절

근수축의 활주필라멘트 모형(sliding filament model) : ATP의 분해로 두 가지 기계적 작용을 수행

 

근수축의 활주필라멘트 모델
출처: 김재근 외 4인, 생활속의 생명과학 3판, 바이오사이언스, 2011년, p. 460.

Figure. 5. 근수축의 활주필라멘트 모델]

 

1st. 근육이 이완된 상태(rigor) : 미오신의 머리가 ATP 및 ADP 없이 액틴 필라멘트와 결합한 상태

② 2nd. ATP 결합 : 미오신의 머리가 ATP와 결합하여 미오신 머리가 액틴 필라멘트에서 분리

3rd. 미오신 머리는 ATPase 활성이 있어 ATP를 ADP와 무기인산으로 가수분해

④ 4th. 미오신 머리가 에너지 수준이 높아 다양한 구조를 취함

⑤ 5th. 가교 형성 : 다양한 구조를 취하다가 미오신 머리를 위로 세워 액틴 필라멘트와 결합

[첫 번째 기계적 작용] 

○ 여전히 높은 에너지를 가진 구조

○ 미오신 머리가 액틴에 붙지 못하면 다음 단계로 진행할 수 없음

⑥ 6th. 근절 수축 : 높은 에너지를 가진 미오신 머리가 ADP와 인산이 방출되면서 낮은 에너지를 갖도록 머리를 아래로 젖힘, 그 과정에서 액틴 필라멘트가 가운데로 잡아 당겨짐

[두 번째 기계적 작용]

낮은 에너지 구조이지만 여전히 미오신과 액틴필라멘트가 결합된 상태

칼슘에 의한 근수축 조절 : 사람의 운동 조절은 5 ~ 10 Hz 단위로 이루어짐

1st. 신경근 접합부(neuromuscular junction)의 시냅스 말단에 방출된 아세틸콜린이 활동전위 유발

1st - 1st. 방출된 아세틸콜린이 시냅스 틈으로 확산

1st - 2nd. 운동종판에서 차등성 전위 유발

1st - 3rd. 차등성 전위가 근섬유를 개방하여 근섬유에서 활동전위 유발

2nd. 활동전위는 세포막과 가로소관을 따라서 이동

가로소관(T, T-tubule) : 근세포막이 함입된 관상구조, 근세포막의 흥분을 내부로 전달

○ T관 막에는 활동전위를 발생시키기 위한 전압개폐성 K+ 통로가 존재

3rd. 활동전위는 근소포체(활면소포체의 일종)로부터 Ca2+의 방출을 유도

3rd 1st. 활동전위가 가로소관 막(세포막)으로 도달 시 voltage-gated Ca2+ channel 작동

3rd 2nd. Ca2+ 농도기울기에 의해 세포 바깥에서 세포질 내로 Ca2+ 이동

3rd 3rd. 세포질 내로 이동한 Ca2+은 근소포체 막의 Ca2+ 의존성 Ca2+release channel open

3rd 3rd 1st. 활동전위가 T 소관의 디하이드로피리딘(DHP) 수용체를 형태적으로 변형

3rd 3rd 2nd. T 소관과 맞닿아 있는 근소포체 막에 존재하는 칼슘통로(리아노딘수용체) 개방

3rd 4th. Ca2+ 농도기울기에 의해 근소포체막에서 세포질로 Ca2+ 방출

○ 근소포체로부터 칼슘이 공급되므로 골격근의 근수축에서 외부의 칼슘 공급이 불필요 

4th. 칼슘이온이 가는 필라멘트와 트로포닌과 결합하면 미오신 결합 부위가 노출됨

○ 칼슘이온이 액틴이나 미오신과는 붙지 않음

○ 트로포닌 복합체는 트로포미오신과 액틴 필라멘트와 결합하고 있음

4th 1st. 트로포닌 복합체의 C 소단위에 Ca2+ 결합

4th 2nd. 트로포미오신의 위치 이동

4th 3rd. 액틴 필라멘트의 미오신 결합 부위 노출

 

액틴, 트로포미오신, 트로포닌 복합체, 미오신 머리 결합부위
출처: 안태인 외, 인체생명과학 2판, 월드사이언스, 2011년, p.248.

Figure. 6. 액틴, 트로포미오신, 트로포닌 복합체, 미오신 머리 결합부위]

 

5th. [활주필라멘트 모형] 미오신 가교가 액틴과 결합

○ 액틴 필라멘트에 작용하는 미오신 가교(cross-bridge)의 수가 증가하면 전체 장력이 증가

6th. [활주필라멘트 모형] ATP 가수분해로 미오신 머리의 회전 운동 액틴-미오신 활주 ((반복))

7th. 활동전위 종료 :소포체막의 Ca2+ ATPase가 ATP를 소비하면서 세포질 내의 Ca2+을 근소포체 내강으로 이동

Ca2+의 능동수송은 앞에서도 꾸준히 일어남

○ 하지만 Ca2+의 순 흐름이 세포질에서 근소포체로 향하게 되는 것은 활동전위가 종료된 이후부터임

○ 근섬유막의 활동전위는 -90 mV이므로 K+의 평형전위와 같아 과분극 현상이 나타나지 않음

8th. 트로포닌의 Ca2+이 제거되고 트로포미오신에 의해 미오신의 결합 부위가 다시 가려지면 수축은 종결됨

9th. 근섬유의 이완

○ 새로운 ATP 공급과 Ca2+ 제거가 있어야 함

○ ATP가 미오신과 액틴을 떨어트리면 순간적으로 액틴 필라멘트가 미끄러지며 근섬유가 이완함

칼슘에 의한 근수축 조절
출처: 서울대학교 생물학(안태인)

Figure. 7. 칼슘에 의한 근수축 조절]

 

연축 근섬유

운동단위(Motor Unit) : 하나의 운동신경세포와 그 신경세포에 의해 조절되는 근섬유들

○ LMN(Lower Motor Neuron) : 골격근을 지배하는 척수운동신경

연축 : T관 시스템으로 활동전위가 퍼져나갈 때 생기는 짧은 수축 (수축의 최소단위) (실무율을 따름)

강축 : 활동전위가 전달되는 빈도가 충분히 높아져서 근섬유가 이완될 틈이 없어지면 연축이 합쳐져서 연속적이고 지속적인 수축이 생기는 경우, 골격근만 존재

활동전위의 빈도가 낮으면 근육이 이완하는 구간이 생겨서 장력 그래프는 톱니바퀴가 나오지만 (불완전 강축), 연축 간의시간 간격이 짧으면 근육은 계속해서 수축만 하게 됨 (완전 강축)

장력은 수축하는 근섬유의 개수와 수축 속도에 영향

(반의어) 긴장성 근섬유 : 자세근육, 활동 전위 발생 없음, 비실무적 단위

③ 연축 근섬유의 종류

완만 연축섬유(지근, 적색근, slow-twitch fiber) : 유기호흡성, 미토콘드리아와 미오글로빈 , 혈관이 충분히 분포

산화의존적 근섬유(oxidative fiber) 특성 : 유기호흡에 주로 의존하여 느리지만 오래 감

○ 신속 연축섬유와 비교 : 근소포체↓, Ca2+ 펌핑 속도↓, Ca2+ 세포질 체류시간↑, 연축 유지시간이 5배

신속 연축섬유(속근, 백색근, fast-twitch fiber) : 미토콘드리아와 혈관이 드묾, 빠르고 강력한 수축을 하지만 오래 버틸 수가 없음, 신속 수축 근육(a 형, b 형)은 상호전환

해당과정 의존적 섬유(glycolytic fiber) 특성 : 해당과정에 주로 의존. 지름이 굵고 미오글로빈이 적어 쉽게 피로해짐. 피로는 젖산과 관련 있다는 게 정설

 

  완만 유기호흡성
(Ⅰ형)
신속 유기호흡성
(Ⅱa 형)
신속 유기호흡성
(Ⅱb)
근섬유의 굵기 (섬유 굵기)


횡단면적당 근력


수축속도(Vmax)


미오신의 ATPase 활성도


근육피로내성


미토콘드리아의 수


유기호흡성 효소


무기호흡성 효소


미오글로빈 함량


색깔 빨강 빨강 ~ 분홍 하양
(참고) ↔는 '중간'이라는 의미

Table. 2. 완만 연축섬유와 신속 연축섬유 비교

 

근수축의 에너지 공급 : 근섬유 종류에 따라서 공급 방식 차이가 많음

① 일반적으로 ATP, 크레아틴 인산, 젖산발효, 글리코겐, 지방, 단백질 순

1 순위. ATP

~ 5 mM ( 5초 간)

사후경직 : ATP가 고갈되어 근육이 이완하지 못하는 상태

2 순위. 크레아틴 인산

○ 기능 : ATP가 고갈을 대비하여 ATP를 재생시킴

크레아틴 인산 + ADP 크레아틴 + ATP

20 ~ 40 mM, 긴급 에너지원 ( 20초 간)

3 순위. 젖산발효 : 인체는 알코올 발효와 아세트산 발효를 하지 않음

에너지원 고갈 시 : 포도당 피루브산 젖산, 해당과정(포도당 피루브산)을 통해서 ATP 수득

축적된 젖산은 1시간 내로 혈액으로 돌아가 간에서 분해(Cori 회로)되므로 근육통과 관련성이 적음

근육 : 젖산 생성보다 피루브산 생성이 훨씬 빠르므로 NADH의 양이 NAD+보다 많음

○ 간 : 이미 피루브산을 포도당으로 신생합성했기 때문에 NAD+의 양이 NADH보다 많음

○ 젖산이 오면 풍부한 NAD+와 반응시켜 피루브산 생성

○ 해당과정 의존적 섬유인 신속 연축섬유에서 젖산발효 빈번

○ 피로 회복제로서의 토마토

토마토의 50% 이상이 글루타메이트임

○ 글루타메이트는 피루브산을 알라닌으로 만들어 젖산이 덜 만들어져 피로가 줄어듦

4 순위. 글리코겐

간과 근육에 1일 분 저장

○ 간에 저장된 글리코겐 : 몸 전체에 에너지를 제공하기 위한 목적

○ 근육에 저장된 글리코겐 : 오직 근육에만 에너지를 제공하기 위한 목적

포도당 신생합성을 통해 무기호흡과 유기호흡에 참여할 수 있음

5 순위. 지방

탄수화물(50 ~ 60 %) 지방(20 ~ 35 %) 단백질(5 ~ 15 %) 순으로 에너지원 사용

유기호흡 에너지원 ( 산소 결핍 상태에서 사용 불가)

 

 

3. 평활근의 근수축 모형 [목차]

⑴ 평활근의 근수축 조절

교감신경 : 내장근 이완, 소동맥 혈관 수축

② 부교감신경 : 내장근 수축, 소동맥 혈관 이완

③ 대동맥 평활근 : 자체 신장수용기로 자체 조절

④ 다른 혈관 : 교감신경 말단이 방출하는 EPi 및 NEPi와 α, β 수용체로 조절

○ α 수용체 : 혈관 수축 → 내장근으로 가는 혈류 감소 → 내장근 이완

○ β 수용체 : 혈관 이완 → 심장근 및 기타평활근으로 가는 혈류 증가 → 심장근 및 기타평활근 수축

⑤ 주된 특징 : 미오신의 인산화, 탈인산화에 의해 근수축 조절

혈관 이완 모형 : 일산화질소(NO)가 중요한 역할을 함

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 8. 혈관 이완 모형

 

1st. 부교감신경 말단에서 아세틸콜린 분비

2nd. 아세틸콜린이 혈관내피세포의 무스카린성 아세틸콜린 수용체 결합

무스카린성 아세틸콜린 수용체는 G단백질 결합 수용체(GPCR)

3rd. 1차 신호전달

3rd - 1st. GPCR이 활성화되면서 G 단백질의 GDP가 GTP로 대체

3rd - 2nd. 활성화된 G 단백질에 의해 PLC가 IP3가 됨

3rd - 3rd. IP3는 활면소포체에 작용하여 Ca2+ 방출

3rd - 4th. Ca2+는 칼모듈린(calmodulin)과 결합하여 Ca2+-칼모듈린 생성

3rd - 5th. 활성화된 칼모듈린은 NO 합성효소(NO synthase) 활성화

3rd - 6th. NO synthase에 의해 아르기닌 + O2 → citruline + NO」 반응이 촉진

4th. 혈관내피세포에서 생성된 NO는 혈관벽 평활근 세포로 단순확산

⑤ 5th. 2차 신호전달

5th - 1st. NO는 평활근 세포 세포질에 존재하는 구아닐산 고리화효소를 활성화

5th - 2nd. 구아닐산 고리화효소(guanylyl ccyclcase)에 의해 GTP로부터 cGMP + ppi 생성

○ cGMP는 PDE(phosphodiesterase)에 의해 GMP가 됨

○ PDE 억제제를 처리하면 cGMP의 양이 많아져 평활근 세포는 과분극이 됨

sildenafil(Viagra™, 비아그라), vardenafil(Levitra™), tadalafil(Cialis™)는 cGMP의 분해 억제 → 혈관 이완 촉진

5th - 3rd. cGMP는 단백질 인산화효소 G(PKG)를 활성화

5th - 4th. PKG는 MLCP(미오신 경사슬 탈인산화효소, myosin light chain phosphatase) 활성화

○ 5th - 5th. 추가로 NO는 평활근막의 K+ 채널을 활성화시켜 과분극을 유도

⑥ 6th. MLCP는 미오신 경사슬을 탈인산화

⑦ 7th. 평활근 이완 : 탈인산화된 미오신은 ATPase 활성을 잃어 혈관 이완

⑶ 혈관 수축 모형

① 1st. 전압의존성 L형 Ca2+ 통로로 인해 세포 내로 칼슘 이온 유입

② 2nd. 칼슘 이온이 증가하면 평활근 세포 내에서 Ca2+-칼모듈린 생성

혈관 이완 모형에서 Ca2+-칼모듈린은 혈관내피세포에서 생성된 것임을 주의

③ 3rd. Ca2+-칼모듈린은 MLCK(미오신 경사슬 인산화효소, myosin light chain kinase) 활성화

④ 4th. MLCK는 미오신 경사슬을 인산화

⑤ 5th. 평활근 수축 : 인산화된 미오신은 ATPase 활성을 가져 액틴-미오신 교차결합 → 근수축을 야기

 

 

4. 심장근의 근수축 모형 [목차]

⑴ 자율박동세포의 박동전위

① 자율박동세포 : 동방결절, 방실결절, 푸르키녜섬유

 

자율박동세포 종류
출처 : 이미지 클릭

Figure. 9. 자율박동세포 종류

 

② 박동원 전위 : 동방결절을 중심으로

 

박동원 전위
출처 : 이미지 클릭

Figure. 10. 박동원 전위]

 

○ 1st. If는 열린 통로로써 초기 단계에서 Na+ 유입, K+ 방출, 양이온의 순유입이 지속적으로 발생

○ 2nd. 막전위 상승

○ 3rd. 탈분극 : 막전위가 역치에 도달하면 Ca2+이 급격히 유입

○ 4th. 재분극 : 뒤늦게 K+가 방출되어 초기 단계에 도달

○ 동방결절이 활동전위를 생성하려면 Ca2+가 유입돼야 한다는 점을 주목

③ 동방결절은 교감신경과 부교감신경의 영향을 받음

○ 교감신경 : 이완기 길이를 줄여 박동수를 증가

○ 부교감신경 : 이완기 길이를 늘려 박동수를 감소

⑵ 심실근의 평탄전위

 

심실근의 평탄전위와 ECG
출처 : 이미지 클릭

Figure. 11. 심실근의 평탄전위와 ECG]

 

① 채널

K+ rectifier channel 전압특성

 

K+ rectifier channel 전압특성
출처 : 2019학년도 MEET/DEET I

Figure. 12. K+ rectifier channel 전압특성]

 

② 1st. 4단계 (휴지단계)

○ 심실근세포의 휴지막 전위는 세포막 안쪽에서 계속 열려있는 K+ rectifier channel에 의해 K+의 단독 막전위인 -90 ㎷로 일정하게 유지

Na+ 채널과 Ca2+ 채널은 닫혀 있음

③ 2nd. 0단계 (탈분극) : 빠른 활동전위

2nd - 1st. 활동전위에 의해 심실근세포 내부로 Na+가 유입되어 막전위가 상승

2nd - 2nd. 막전위가 역치전위인 -70 ㎷ 이상 올라가면 빠르게 전압의존성 Na+ 채널이 열림

2nd - 3rd. 막전위가 역치전위인 -70 ㎷ 이상 올라가면 빠르게 K+ 채널은 닫힘

2nd - 4th. 오버슛(overshoot) : Na+ 채널이 닫히는 20 ㎷까지 빠르게 막전위가 올라가는 것

2nd - 5th. L-type(long-opening) Ca2+ channel은 막전위가 -40 ㎷ 이상이면 열려 있고, Ca2+의 지속적인 유입을 발생

④ 3rd. 1단계 (이른 재분극)

3rd - 1st. 막전위가 0 ㎷를 초과한 상태

3rd - 2nd. 몇 개의 K+ 채널이 짧게 열렸다 닫혀 막전위를 0 ㎷ 근처로 낮춤

⑤ 4th. 2단계 (평탄 단계)

4th - 1st. L-type Ca2+ channel은 여전히 열려 있어 Ca2+의 유입이 여전히 존재

4th - 2nd. delayed rectifier K+ channel을 통해 K+가 유출

4th - 3rd. Ca2+의 유입과 K+의 유출이 상쇄되어 막전위가 0 ㎷ 아래에서 거의 일정하게 유지됨

○ 평탄 단계는 신경세포 축삭의 절대적 불응기와 흡사하여 강축이 없음

⑥ 5th. 3단계 (재분극) : 이완기

○ 5th - 1st. Ca2+ channel은 서서히 불활성화됨

○ 5th - 2nd. K+의 유출이 Ca2+의 유입을 서서히 능가하여 막전위가 -90 ㎷를 향해 감소

○ 5th - 3rd. sarcolemmal Na+-Ca2+ exchanger, Ca2+-ATPase, Na+-K+-ATPase 등의 펌프가 작동하여 이온농도 항상성을 맞춤

⑶ 심실근의 수축

① 심실근 전위에서 평탄단계에 심실 수축이 이루어짐

② 근 수축 : Ca2+이 유입되면 트로포닌이 Ca2+와 결합할 수 있어 근육 수축

1st. 세포막의 전압의존성 Ca2+ 열림

2nd. 세포외 Ca2+이 세포 내로 유입

3rd. 소포체의 Ca2+ 의존성 Ca2+ 통로(RyR) 열림

○ 4th. 소포체에서 Ca2+ 대량 방출

○ 5th. 근 수축

③ 근 이완 : Ca2+ 제거하면 트로포닌이 Ca2+와 결합하지 못해 근육 이완

1st. 소포체의 Ca2+ 펌프 : Ca2+ 제거

2nd. Na+-Ca2+ exchanger, Ca2+-ATPase, Na+-K+-ATPase에 의해 Ca2+를 세포외로 이동

○ 강심제는 Na+ / K+ pump를 억제하여 심장이 계속 수축한 상태로 유지되도록 함

 

 

5. 운동 [목차]

⑴ 조절에 따른 운동의 분류

① 반사적(reflexive) 운동 : 비자발적(involuntary), 정형화(stereotypic)

② 주기적(rhythmic) 운동 : 정형화(stereotypic)

③ 자발적(voluntary) 운동 : 목표지향적(goal-directed)

⑵ 부하에 따른 운동의 분류

① 등력성 수축 : 부하가 최대가 아닐 때 힘이 일정한 근수축

② 등장성 수축 : 부하가 최대일 때 길이가 일정한 근수축

⑶ 운동의 예시

① 상황 : 왼쪽 발이 압정을 밟았을 때

② 반응 : 왼쪽 다리는 구부리려고 하고, 오른쪽 다리는 펴지려고 함

○ 굴근(flexor) : 안쪽 근육

○ 신근(extensor) : 바깥쪽 근육

○ 다리가 구부려지는 경우 굴근은 수축, 신근은 이완

○ 다리가 펴지는 경우 굴근은 이완, 신근은 수축

③ 도식

 

유해자극에 대한 반사작용
출처 : 2009 MEET/DEET I

Figure. 13. 유해자극에 대한 반사작용]

 

 

6. 근육계 질환 [목차]

⑴ 다발성 경화증(multiple sclerosis)

⑵ 중증근무력증

뒤셴 근위축증(Duchenne muscular dystrophy, DMD)

⑶ 근위축성 축삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis, ALS) 또는 루게릭병(Lou Gehrig's disease)

① 발병 : 척수와 뇌간의 운동신경세포가 퇴화 → 이들과 시냅스를 맺는 근육이 위축 

⑷ 척수성 근위축증(spinal muscular atrophy, SMA)

① SMN1 유전자 결핍으로 근육이 점차 위축되는 희귀 질환

② 만 명당 약 1명꼴로 발생

⑸ DOMS(delayed onset muscle soreness)

 정의 : 과격한 운동 후 한참 뒤에 근육통이 몰려오는 것 

 근육 수축의 분류

 geometric contraction : 근육이 ATP 소모 시 수축도 인장도 하지 않는 것

 concentric contraction : 근육이 ATP 소모 시 수축을 하는 것, 앞에서 배운 바와 같음

: 등산할 때, 무릎을 굽혀서 땅에 힘을 주어 올라가는 것

 eccentric contraction : 근육이 ATP 소모 시 인장을 하는 것

: 하산할 때, 무릎을 펴는 근육이 땅으로부터의 충격으로 굽혀지려는 힘을 받는 것

 메커니즘

 1st. eccentric contraction에서 근육이 ATP를 사용하지만 근육 자체는 이완하는 일이 자주 발생

 2nd. 근육이 수축하려는 힘이 있음에도 외부 힘에 의해 당겨지므로 몇몇 액틴 섬유들이 튕겨져 나감

 3rd. 소수의 액틴 섬유가 하중을 견디게 되면서 액틴이 끊기는 현상이 나타남

 4th. 상처를 보호하기 위해 염증반응과 같은 생체 반응이 일어남

 5th. 열이 나거나 일시적으로 근육이 커 보이는 벌크업이 나타남; 근육이 부어오른 것

 6th. 근육통 발생

 7th. 추후에 같은 운동을 하면 근육통의 세기가 한층 덜함

○ 근육통의 세기가 덜한 것은 면역 현상과 유사

○ 면역은 대개 1년 정도 유지 

 

입력: 2015.07.25 22:41

수정: 2022.04.26 02:13